JPS6325285B2 - - Google Patents
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- JPS6325285B2 JPS6325285B2 JP3540882A JP3540882A JPS6325285B2 JP S6325285 B2 JPS6325285 B2 JP S6325285B2 JP 3540882 A JP3540882 A JP 3540882A JP 3540882 A JP3540882 A JP 3540882A JP S6325285 B2 JPS6325285 B2 JP S6325285B2
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- laser
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- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
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- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
- G01N15/1434—Optical arrangements
- G01N2015/1447—Spatial selection
- G01N2015/145—Spatial selection by pattern of light, e.g. fringe pattern
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光学的手段により移動する粒子の粒子
径及びその速度を同時に測定するための装置に関
するものである。
径及びその速度を同時に測定するための装置に関
するものである。
従来より干渉性及び単色性に優れたレーザ光の
特徴に着目して、レーザ光を用いて移動する粒子
の粒子径及びその速度を同時に測定する装置が
種々提案されている。第１図はその中でもSN比
等の点から近年一般に用いられつつあるデユアル
ビームモードによる測定の原理を示したものであ
る。本図において同一の偏波面及び波長を有する
二本の平行なレーザビーム１，２を収束レンズ３
に与え、一点で交差せしむるように構成する。レ
ーザビーム１，２の交差領域に散乱物体が存在す
る場合には第２図にその拡大図を示す如く干渉縞
が観察される。従つてこの交差領域を粒子ｐが通
過した場合、粒子ｐより得られる散乱光は干渉縞
の明暗に対応した周期的な強度変化を持つことと
なる。そこでこの散乱光を集光レンズ４により集
束し、光電変換器５により電気信号に変換する
と、第３図ａに実線で示す如きバースト波形が得
られる。干渉縞の明暗の間隔はレーザビーム１，
２の波長と、その交差角によつて決定されるの
で、第３図ａのバースト波の周波数を測定するこ
とにより粒子ｐの速度を求めることができる。一
方粒子径の測定は一般に次に示す二方法が知られ
ている。その一方法は粒子の散乱光強度がその粒
径に依存するという法則を利用するものであつ
て、このバースト信号を低域通過フイルタを通す
ことにより第３図ａに破線で示す如き台形状の低
周波成分（ペデスタル成分）が得られるところか
ら、この波高値に基づいて粒径を求めるものであ
る。他の一方法は、粒子径がバースト信号に含ま
れる低周波成分の波高値と高周波成分の振幅との
比（visibility）に依存している点に着目して粒
径を求めるものである。
特徴に着目して、レーザ光を用いて移動する粒子
の粒子径及びその速度を同時に測定する装置が
種々提案されている。第１図はその中でもSN比
等の点から近年一般に用いられつつあるデユアル
ビームモードによる測定の原理を示したものであ
る。本図において同一の偏波面及び波長を有する
二本の平行なレーザビーム１，２を収束レンズ３
に与え、一点で交差せしむるように構成する。レ
ーザビーム１，２の交差領域に散乱物体が存在す
る場合には第２図にその拡大図を示す如く干渉縞
が観察される。従つてこの交差領域を粒子ｐが通
過した場合、粒子ｐより得られる散乱光は干渉縞
の明暗に対応した周期的な強度変化を持つことと
なる。そこでこの散乱光を集光レンズ４により集
束し、光電変換器５により電気信号に変換する
と、第３図ａに実線で示す如きバースト波形が得
られる。干渉縞の明暗の間隔はレーザビーム１，
２の波長と、その交差角によつて決定されるの
で、第３図ａのバースト波の周波数を測定するこ
とにより粒子ｐの速度を求めることができる。一
方粒子径の測定は一般に次に示す二方法が知られ
ている。その一方法は粒子の散乱光強度がその粒
径に依存するという法則を利用するものであつ
て、このバースト信号を低域通過フイルタを通す
ことにより第３図ａに破線で示す如き台形状の低
周波成分（ペデスタル成分）が得られるところか
ら、この波高値に基づいて粒径を求めるものであ
る。他の一方法は、粒子径がバースト信号に含ま
れる低周波成分の波高値と高周波成分の振幅との
比（visibility）に依存している点に着目して粒
径を求めるものである。
このような従来の粒子径の測定方法はいずれも
被測定粒子がレーザビームの交差領域の中心付近
を通過した場合には誤差なく測定することが可能
であるが、交差領域の中心付近からずれた位置を
通過した場合には測定誤差が著るしく増大すると
いう欠点があつた。即ち第２図において被測定粒
子ｐが光軸（ｘ軸）方向にずれた位置を通過した
場合には、第３図ｂに示した如き中央部分の凹ん
だ波形の光電変換信号が得られるが、その信号の
低周波成分の波高値が低くなるため、いずれの方
式によつて粒子径を測定したとしても誤差の増加
を免れ得ないことになる。又被測定粒子ｐがｙ軸
方向にずれた位置を通過した場合には、光電変換
信号は第３図ｃに示す如く波形が小となり、その
ため低周波成分の振幅値のみで粒子径を測定する
方式にあつては特に誤差の増大が避け難いものと
なる。而して斯くの如き測定誤差の増大を回避す
るため交差領域の中央部を通過する粒子について
のみデータを求める方法が種々提案されている
が、この種の方法はいずれも構成が複雑であるた
め少なからず操作技術上の困難を伴なう上に必然
的にデータ数が減少してしまうという大きな問題
点があつた。
被測定粒子がレーザビームの交差領域の中心付近
を通過した場合には誤差なく測定することが可能
であるが、交差領域の中心付近からずれた位置を
通過した場合には測定誤差が著るしく増大すると
いう欠点があつた。即ち第２図において被測定粒
子ｐが光軸（ｘ軸）方向にずれた位置を通過した
場合には、第３図ｂに示した如き中央部分の凹ん
だ波形の光電変換信号が得られるが、その信号の
低周波成分の波高値が低くなるため、いずれの方
式によつて粒子径を測定したとしても誤差の増加
を免れ得ないことになる。又被測定粒子ｐがｙ軸
方向にずれた位置を通過した場合には、光電変換
信号は第３図ｃに示す如く波形が小となり、その
ため低周波成分の振幅値のみで粒子径を測定する
方式にあつては特に誤差の増大が避け難いものと
なる。而して斯くの如き測定誤差の増大を回避す
るため交差領域の中央部を通過する粒子について
のみデータを求める方法が種々提案されている
が、この種の方法はいずれも構成が複雑であるた
め少なからず操作技術上の困難を伴なう上に必然
的にデータ数が減少してしまうという大きな問題
点があつた。
本発明はこのような従来方法の欠点を除去する
ことを目的とするものであつて、レーザビームの
交差領域を通過する全ての粒子に関して粒子径と
粒子速度とを同時にしかも高い精度で測定するこ
とができる粒子径・速度同時測定装置を提供する
ものである。
ことを目的とするものであつて、レーザビームの
交差領域を通過する全ての粒子に関して粒子径と
粒子速度とを同時にしかも高い精度で測定するこ
とができる粒子径・速度同時測定装置を提供する
ものである。
以下本願の第１の発明を実施例に基づき図面を
参照しつつ説明する。第４図は本発明の一実施例
である粒子径・速度同時測定装置の構成図を示す
ものである。本図において、レーザ発振器１０は
Arイオンレーザ等の如く同時に複数の波長（例
えばλ1，λ2）を有するレーザ光を発光するものと
し、そのレーザ光を分散プリズム１１に供給す
る。分散プリズム１１はレーザ発振器１０からの
入射光をその波長の相違に基づき単一の波長を有
する複数のレーザ光、即ち波長λ1の光と波長λ2の
光に分離するものである。ここでレーザ発振器１
０及び分散プリズム１１は第１の波長λ1のレーザ
光及び第１の波長と異なつた波長を有する第２の
光、ここでは第２の波長λ2のレーザ光を夫々分離
して発生する光源を構成している。又分散プリズ
ム１１はレーザ発振器１０の２つの波長のレーザ
光をその波長の相違に基づいて分離する分離手段
を構成している。分散プリズム１１より得られる
波長λ1のレーザ光は反射鏡１２を介してビームス
プリツタ１３に与えられ、一方波長λ2のレーザ光
は反射鏡１４，１５を介して反射鏡１６に導かれ
る。ビームスプリツタ１３は入射する波長λ1のレ
ーザ光を図示した如き平行な二本のレーザビーム
１７，１８に分離する。レーザビーム１７，１８
は第１図に基づいて前述した従来例の場合と同様
に収束レンズ１９に与えられる。収束レンズ１９
は与えられたレーザビーム１７，１８を一点で交
差せしめるように集光するものであり、交差領域
においては前述の如く干渉縞を形成する。さて本
発明に於ては、レーザビーム１７，１８とは異な
つた波長λ2の第３のレーザビーム２０を用いる。
反射鏡１６は第３のレーザビーム２０が二本のレ
ーザビーム１７，１８と平行になり、且それらの
中央を通過するように配置される。レーザビーム
２０の進行経路に沿つてその強度を調節するフイ
ルタ２１が配置され、更にその光束径を拡大する
レンズ２２が配設される。レンズ２２を通過した
レーザビーム２０は収束レンズ１９に導かれ、そ
の中心部を通過してレーザビーム１７，１８の交
差領域に入る。而るにレーザビーム１７，１８と
レーザビーム２０とは夫々波長を異にするため相
互に干渉することはない。さてこの交差領域は第
５図にその拡大図を示す如くレーザビーム２０の
概ね中心軸付近に存在することとなり、交差領域
内ではレーザビーム２０の強度はほぼ一定とな
る。交差領域の斜前方には散乱光を集光する集光
レンズ２３を配置し、更に集光した光をその波長
の相違に基づき波長λ1と波長λ2の光に分離するカ
ラースプリツタ２４を配置する。光電変換器２
５，２６は夫々波長λ1，λ2の光に分離された散乱
光の強度変化を電気信号に変換するものである。
光電変換器２５の出力は増幅器２７を介してハイ
パスフイルタ２８に供給される。ハイパスフイル
タ２８は入力信号の高周波成分のみを次段の周波
数測定器２９に供給する。この場合の周波数測定
器２９は信号を周波数領域において処理する周波
数分析機でもよく、又時間領域において処理する
カウンタタイプや周波数負帰還を用いたＦ／Ｖ変
換器であつてもよい。周波数測定器２９の出力は
次段の信号処理回路３０に供給される。一方光電
変換器２６の出力は増幅器３１を介して振幅測定
器３２に供給される。振幅測定器３２は入力信号
の夫々の最大振幅値を測定するものであつて、そ
の出力は信号処理回路３０に供給される。信号処
理回路３０は必要に応じて入力データの統計処理
を行ない、その結果を表示器３３を通じて表示せ
しむるものである。
参照しつつ説明する。第４図は本発明の一実施例
である粒子径・速度同時測定装置の構成図を示す
ものである。本図において、レーザ発振器１０は
Arイオンレーザ等の如く同時に複数の波長（例
えばλ1，λ2）を有するレーザ光を発光するものと
し、そのレーザ光を分散プリズム１１に供給す
る。分散プリズム１１はレーザ発振器１０からの
入射光をその波長の相違に基づき単一の波長を有
する複数のレーザ光、即ち波長λ1の光と波長λ2の
光に分離するものである。ここでレーザ発振器１
０及び分散プリズム１１は第１の波長λ1のレーザ
光及び第１の波長と異なつた波長を有する第２の
光、ここでは第２の波長λ2のレーザ光を夫々分離
して発生する光源を構成している。又分散プリズ
ム１１はレーザ発振器１０の２つの波長のレーザ
光をその波長の相違に基づいて分離する分離手段
を構成している。分散プリズム１１より得られる
波長λ1のレーザ光は反射鏡１２を介してビームス
プリツタ１３に与えられ、一方波長λ2のレーザ光
は反射鏡１４，１５を介して反射鏡１６に導かれ
る。ビームスプリツタ１３は入射する波長λ1のレ
ーザ光を図示した如き平行な二本のレーザビーム
１７，１８に分離する。レーザビーム１７，１８
は第１図に基づいて前述した従来例の場合と同様
に収束レンズ１９に与えられる。収束レンズ１９
は与えられたレーザビーム１７，１８を一点で交
差せしめるように集光するものであり、交差領域
においては前述の如く干渉縞を形成する。さて本
発明に於ては、レーザビーム１７，１８とは異な
つた波長λ2の第３のレーザビーム２０を用いる。
反射鏡１６は第３のレーザビーム２０が二本のレ
ーザビーム１７，１８と平行になり、且それらの
中央を通過するように配置される。レーザビーム
２０の進行経路に沿つてその強度を調節するフイ
ルタ２１が配置され、更にその光束径を拡大する
レンズ２２が配設される。レンズ２２を通過した
レーザビーム２０は収束レンズ１９に導かれ、そ
の中心部を通過してレーザビーム１７，１８の交
差領域に入る。而るにレーザビーム１７，１８と
レーザビーム２０とは夫々波長を異にするため相
互に干渉することはない。さてこの交差領域は第
５図にその拡大図を示す如くレーザビーム２０の
概ね中心軸付近に存在することとなり、交差領域
内ではレーザビーム２０の強度はほぼ一定とな
る。交差領域の斜前方には散乱光を集光する集光
レンズ２３を配置し、更に集光した光をその波長
の相違に基づき波長λ1と波長λ2の光に分離するカ
ラースプリツタ２４を配置する。光電変換器２
５，２６は夫々波長λ1，λ2の光に分離された散乱
光の強度変化を電気信号に変換するものである。
光電変換器２５の出力は増幅器２７を介してハイ
パスフイルタ２８に供給される。ハイパスフイル
タ２８は入力信号の高周波成分のみを次段の周波
数測定器２９に供給する。この場合の周波数測定
器２９は信号を周波数領域において処理する周波
数分析機でもよく、又時間領域において処理する
カウンタタイプや周波数負帰還を用いたＦ／Ｖ変
換器であつてもよい。周波数測定器２９の出力は
次段の信号処理回路３０に供給される。一方光電
変換器２６の出力は増幅器３１を介して振幅測定
器３２に供給される。振幅測定器３２は入力信号
の夫々の最大振幅値を測定するものであつて、そ
の出力は信号処理回路３０に供給される。信号処
理回路３０は必要に応じて入力データの統計処理
を行ない、その結果を表示器３３を通じて表示せ
しむるものである。
次に第６図の波形図を参照しつつ本測定装置の
動作について説明する。レーザ発振器１０の出力
は分散プリズム１１により波長λ1のレーザ光と波
長λ2のレーザ光とに分離され、このうち波長λ1の
レーザビームはビームスプリツタ１３によつて二
本の平行なレーザビーム１７，１８に分離され、
収束レンズ１９によつてこのレーザビーム１７，
１８を交差させる。一方波長λ2のレーザビーム２
０はレンズ２２によつて光束径が拡大されてこの
交差領域を貫通する。さて第５図においてこの交
差領域内の中央部を被測定粒子ｐがｚ軸に沿つて
通過した場合、被測定粒子ｐより散乱光が得られ
る。散乱光は集光レンズ２３により集光された
後、カラースプリツタ２４によりその波長の相違
に基づいて波長λ1と波長λ2の散乱光に分離され、
夫々光電変換器２５，２６によつて電気信号に変
換される。ここにおいて光電変換器２５からは波
長λ1のレーザビーム１７，１８の交差領域を粒子
が通過した場合に第６図ａに実線ａ１で示すバー
スト信号が得られる。この信号を増幅器２７によ
つて増幅し、更にハイパスフイルタ２８を通過せ
しめて高周波成分のみを周波数測定器２９に供給
する。前述した如くこのバースト信号の周波数は
粒子ｐの速度に比例しており、従つて、周波数測
定器２９によつてバースト信号の周波数を測定す
ることにより速度情報を得ることができる。一方
光電変換器２６からは粒子ｐが波長λ2のレーザビ
ーム２０を通過する間の散乱光強度に対応した信
号が得られる。而してレーザビーム２０の光束径
は拡大されているためレーザビーム１７，１８の
交差領域では波長λ2のレーザビーム２０の強度は
概ね一様であるので、粒子ｐが交差領域を通過し
た場合に得られる光電変換器２６の出力信号は第
６図ａに破線ａ２で示した如くほぼ一定となる。
前述のように粒子の散乱光強度はその粒径に依存
している。従つてこの信号を増幅器３１により増
幅し、振幅測定器３２に入力してバースト信号発
生中の振幅値を測定すれば粒子ｐに関する粒径情
報が得られる。信号処理回路３０は粒子の速度情
報及び粒径情報の確率密度、分布などの統計処理
を行ない、その結果は表示器３３により表示され
る。
動作について説明する。レーザ発振器１０の出力
は分散プリズム１１により波長λ1のレーザ光と波
長λ2のレーザ光とに分離され、このうち波長λ1の
レーザビームはビームスプリツタ１３によつて二
本の平行なレーザビーム１７，１８に分離され、
収束レンズ１９によつてこのレーザビーム１７，
１８を交差させる。一方波長λ2のレーザビーム２
０はレンズ２２によつて光束径が拡大されてこの
交差領域を貫通する。さて第５図においてこの交
差領域内の中央部を被測定粒子ｐがｚ軸に沿つて
通過した場合、被測定粒子ｐより散乱光が得られ
る。散乱光は集光レンズ２３により集光された
後、カラースプリツタ２４によりその波長の相違
に基づいて波長λ1と波長λ2の散乱光に分離され、
夫々光電変換器２５，２６によつて電気信号に変
換される。ここにおいて光電変換器２５からは波
長λ1のレーザビーム１７，１８の交差領域を粒子
が通過した場合に第６図ａに実線ａ１で示すバー
スト信号が得られる。この信号を増幅器２７によ
つて増幅し、更にハイパスフイルタ２８を通過せ
しめて高周波成分のみを周波数測定器２９に供給
する。前述した如くこのバースト信号の周波数は
粒子ｐの速度に比例しており、従つて、周波数測
定器２９によつてバースト信号の周波数を測定す
ることにより速度情報を得ることができる。一方
光電変換器２６からは粒子ｐが波長λ2のレーザビ
ーム２０を通過する間の散乱光強度に対応した信
号が得られる。而してレーザビーム２０の光束径
は拡大されているためレーザビーム１７，１８の
交差領域では波長λ2のレーザビーム２０の強度は
概ね一様であるので、粒子ｐが交差領域を通過し
た場合に得られる光電変換器２６の出力信号は第
６図ａに破線ａ２で示した如くほぼ一定となる。
前述のように粒子の散乱光強度はその粒径に依存
している。従つてこの信号を増幅器３１により増
幅し、振幅測定器３２に入力してバースト信号発
生中の振幅値を測定すれば粒子ｐに関する粒径情
報が得られる。信号処理回路３０は粒子の速度情
報及び粒径情報の確率密度、分布などの統計処理
を行ない、その結果は表示器３３により表示され
る。
さて粒子ｐが交差領域の中央部を通過せずｘ軸
方向にずれた位置を通過した場合には、交差領域
より得られる波長λ1の散乱光の光電変換信号は従
来例の場合と同様第６図ｂに実線ｂ１で示した如
き中央部の凹んだ波形となる。しかしながらその
高周波成分の速度情報はそのまま保存されている
ためハイパスフイルタ２８、及び周波数測定器２
９を通じて正確な速度信号が信号処理回路３０に
供給される。又粒子ｐがｘ軸方向にずれた位置を
通過した場合にもレーザビーム２０によつて得ら
れる波長λ2の散乱光は変わることなく、第６図ａ
と同じ光電変換信号が第６図ｂの破線ｂ２に示す
如く得られる。従つてこの信号の振幅を振幅測定
器３２によつて測定すれば、正確な粒径信号を信
号処理回路３０に供給することができる。
方向にずれた位置を通過した場合には、交差領域
より得られる波長λ1の散乱光の光電変換信号は従
来例の場合と同様第６図ｂに実線ｂ１で示した如
き中央部の凹んだ波形となる。しかしながらその
高周波成分の速度情報はそのまま保存されている
ためハイパスフイルタ２８、及び周波数測定器２
９を通じて正確な速度信号が信号処理回路３０に
供給される。又粒子ｐがｘ軸方向にずれた位置を
通過した場合にもレーザビーム２０によつて得ら
れる波長λ2の散乱光は変わることなく、第６図ａ
と同じ光電変換信号が第６図ｂの破線ｂ２に示す
如く得られる。従つてこの信号の振幅を振幅測定
器３２によつて測定すれば、正確な粒径信号を信
号処理回路３０に供給することができる。
更に粒子ｐが交差領域の中央部からｙ軸方向に
ずれた場合にも、交差領域より得られる波長λ1の
散乱光の光電変換信号は従来例の場合と同様に第
６図ｃに実線ｃ１で示す如く振幅の小さいバース
ト信号となる。しかしながら、その高周波成分の
速度情報はそのまま保存されているので、正確な
速度信号を得ることができる。又交差領域内では
レーザビーム２０の強度は一様であるので、粒子
ｐがｙ軸方向にずれた位置を通過した場合であつ
ても波長λ2の散乱光強度の変化は僅少であり、第
６図ａ，ｂにおける場合と同様の光電変換信号が
第６図ｃに破線ｃ２で示す如く得られる。従つて
ここで得られた信号の振幅を振幅測定器３２によ
つて測定すれば、正確な粒径信号を信号処理回路
３０に供給することが可能となる。
ずれた場合にも、交差領域より得られる波長λ1の
散乱光の光電変換信号は従来例の場合と同様に第
６図ｃに実線ｃ１で示す如く振幅の小さいバース
ト信号となる。しかしながら、その高周波成分の
速度情報はそのまま保存されているので、正確な
速度信号を得ることができる。又交差領域内では
レーザビーム２０の強度は一様であるので、粒子
ｐがｙ軸方向にずれた位置を通過した場合であつ
ても波長λ2の散乱光強度の変化は僅少であり、第
６図ａ，ｂにおける場合と同様の光電変換信号が
第６図ｃに破線ｃ２で示す如く得られる。従つて
ここで得られた信号の振幅を振幅測定器３２によ
つて測定すれば、正確な粒径信号を信号処理回路
３０に供給することが可能となる。
以上説明した実施例においては、レーザ光源と
して複数の波長のレーザ光を同時に発生するレー
ザを用いたが、相異なる波長のレーザ光を発生す
る二つのレーザ光源を用いてもよい。更に粒径を
測定するための広い光束径を有するビームの光源
は必ずしもレーザビームである必要はなく、干渉
縞を形成する波長λ1の光とカラースプリツタにお
いて分離可能な波長を有する光源であればよい。
して複数の波長のレーザ光を同時に発生するレー
ザを用いたが、相異なる波長のレーザ光を発生す
る二つのレーザ光源を用いてもよい。更に粒径を
測定するための広い光束径を有するビームの光源
は必ずしもレーザビームである必要はなく、干渉
縞を形成する波長λ1の光とカラースプリツタにお
いて分離可能な波長を有する光源であればよい。
次に本願の第２の発明を実施例につき図面を参
照しつつ説明する。第７図は第２発明の粒子径・
速度同時測定装置の一実施例を示す構成図であ
る。本図において、第４図の実施例と同一の部分
については同一符号を付して説明を省略する。さ
て本実施例においてはレーザ発振器４０に単色光
のレーザ光源を使用し、そのレーザビームをハー
フミラー４１に供給する。ハーフミラー４１は入
射したレーザビームの一部を透過して反射鏡４２
を介してビームスプリツタ１３に与えると共に一
部を反射して反射鏡４３に与える。ここでレーザ
発振器４０及びハーフミラー４１と反射鏡４２と
は第１、第２のレーザ光を発生するレーザ光源を
構成している。ビームスプリツタ１３は前述した
実施例の場合と同様に入射するレーザ光を平行な
二本のレーザビーム４４，４５に分離する。反射
鏡４３に与えられたレーザビームは更に反射鏡１
６を介してレーザビーム４４，４５と平行なレー
ザビーム４６となり、偏光面回転器４７に導かれ
る。偏光面回転器４７はレーザビーム４６の偏光
方向をレーザビーム４４，４５の偏光方向に対し
て直角をなすように回転せしむるものである。レ
ーザビーム４４，４５は収束レンズ１９により収
束し、交差領域では前述した如く干渉縞を形成す
る。又レーザビーム４６はレンズ２２によりその
光束径が拡大され、収束レンズ１９の中心部を通
過してレーザビーム４４，４５の交差領域を貫通
する。しかしレーザビーム４４，４５と４６とは
偏光方向を異にするため相互に干渉することはな
い。さてこの交差領域に被測定粒子ｐを導くと、
干渉縞に基づく散乱光と共にレーザビーム４６に
基づく散乱光が得られる。そこでこれらの散乱光
を集光レンズ２３によつて集光し、偏光ビームス
プリツタ４８に与える。偏光ビームスプリツタ４
８は偏光方向の相違に基づいて散乱光を分離する
機能を有するため干渉縞に基づく散乱光を光電変
換器２５に供給すると共に、レーザビーム４６に
基づく散乱光を光電変換器２６に供給する。そう
すれば交差領域を通過する被測定粒子ｐの通過位
置に対応して第６図ａ，ｂ，ｃに夫々実線ａ１，
ｂ１，ｃ１で示すバースト信号が光電変換器２５
より得られ、又同時に光電変換器２６からは被測
定粒子の通過位置の如何にかかわらず第６図ａ，
ｂ，ｃに夫々破線ａ２，ｂ２，ｃ２で示した如き
ほぼ一定の信号が得られる。従つて、これらの信
号を夫々周波数測定器２９及び振幅測定器３２に
導けば被測定粒子に関する速度信号及び粒径信号
が得られる。更にこれらの信号を信号処理回路３
０によつて所望の統計処理を行ない、その結果を
表示器３３により表示する。
照しつつ説明する。第７図は第２発明の粒子径・
速度同時測定装置の一実施例を示す構成図であ
る。本図において、第４図の実施例と同一の部分
については同一符号を付して説明を省略する。さ
て本実施例においてはレーザ発振器４０に単色光
のレーザ光源を使用し、そのレーザビームをハー
フミラー４１に供給する。ハーフミラー４１は入
射したレーザビームの一部を透過して反射鏡４２
を介してビームスプリツタ１３に与えると共に一
部を反射して反射鏡４３に与える。ここでレーザ
発振器４０及びハーフミラー４１と反射鏡４２と
は第１、第２のレーザ光を発生するレーザ光源を
構成している。ビームスプリツタ１３は前述した
実施例の場合と同様に入射するレーザ光を平行な
二本のレーザビーム４４，４５に分離する。反射
鏡４３に与えられたレーザビームは更に反射鏡１
６を介してレーザビーム４４，４５と平行なレー
ザビーム４６となり、偏光面回転器４７に導かれ
る。偏光面回転器４７はレーザビーム４６の偏光
方向をレーザビーム４４，４５の偏光方向に対し
て直角をなすように回転せしむるものである。レ
ーザビーム４４，４５は収束レンズ１９により収
束し、交差領域では前述した如く干渉縞を形成す
る。又レーザビーム４６はレンズ２２によりその
光束径が拡大され、収束レンズ１９の中心部を通
過してレーザビーム４４，４５の交差領域を貫通
する。しかしレーザビーム４４，４５と４６とは
偏光方向を異にするため相互に干渉することはな
い。さてこの交差領域に被測定粒子ｐを導くと、
干渉縞に基づく散乱光と共にレーザビーム４６に
基づく散乱光が得られる。そこでこれらの散乱光
を集光レンズ２３によつて集光し、偏光ビームス
プリツタ４８に与える。偏光ビームスプリツタ４
８は偏光方向の相違に基づいて散乱光を分離する
機能を有するため干渉縞に基づく散乱光を光電変
換器２５に供給すると共に、レーザビーム４６に
基づく散乱光を光電変換器２６に供給する。そう
すれば交差領域を通過する被測定粒子ｐの通過位
置に対応して第６図ａ，ｂ，ｃに夫々実線ａ１，
ｂ１，ｃ１で示すバースト信号が光電変換器２５
より得られ、又同時に光電変換器２６からは被測
定粒子の通過位置の如何にかかわらず第６図ａ，
ｂ，ｃに夫々破線ａ２，ｂ２，ｃ２で示した如き
ほぼ一定の信号が得られる。従つて、これらの信
号を夫々周波数測定器２９及び振幅測定器３２に
導けば被測定粒子に関する速度信号及び粒径信号
が得られる。更にこれらの信号を信号処理回路３
０によつて所望の統計処理を行ない、その結果を
表示器３３により表示する。
以上詳細に説明した如く、本願の第１の発明に
おいては干渉縞を形成する２本のレーザビームと
は波長を異にする第３の光ビームを用い、第２の
発明においては干渉縞を作るレーザビームとは偏
光面を異にする第３のレーザビームを使用し、
夫々その光径を拡大して交差領域を貫通せしめる
と共に、交差領域を通過する被測定粒子からの散
乱光をその光の波長又は偏光面の相違に基づいて
分離して速度情報と粒径情報とを得るように構成
している。従つて本発明の顕著な特徴は被測定粒
子が交差領域内の如何なる部分を通過した場合に
おいても検知信号中に夫々含まれる速度情報と粒
径情報とは保存されているため常に精度の高い速
度及び粒径に関するデータを得ることが可能であ
り、従来方法に比較して極めて信頼性の高い測定
精度を維持し得る点にあるということができる。
又交差領域を通過する全ての粒子から有効なデー
タが得られるところから、データ数を増加させる
ことにより計測の時間的効率を向上しうる点にお
いても有用な発明であるということができる。
おいては干渉縞を形成する２本のレーザビームと
は波長を異にする第３の光ビームを用い、第２の
発明においては干渉縞を作るレーザビームとは偏
光面を異にする第３のレーザビームを使用し、
夫々その光径を拡大して交差領域を貫通せしめる
と共に、交差領域を通過する被測定粒子からの散
乱光をその光の波長又は偏光面の相違に基づいて
分離して速度情報と粒径情報とを得るように構成
している。従つて本発明の顕著な特徴は被測定粒
子が交差領域内の如何なる部分を通過した場合に
おいても検知信号中に夫々含まれる速度情報と粒
径情報とは保存されているため常に精度の高い速
度及び粒径に関するデータを得ることが可能であ
り、従来方法に比較して極めて信頼性の高い測定
精度を維持し得る点にあるということができる。
又交差領域を通過する全ての粒子から有効なデー
タが得られるところから、データ数を増加させる
ことにより計測の時間的効率を向上しうる点にお
いても有用な発明であるということができる。
尚前述した本願の実施例ではいずれも測定点を
小さく設定し、レーザビームの交差を容易ならし
めるために収束レンズを使用してレーザビームを
収束しているが、反射鏡等を組合せることにより
二本のレーザビームを交差させるように構成して
もよい。
小さく設定し、レーザビームの交差を容易ならし
めるために収束レンズを使用してレーザビームを
収束しているが、反射鏡等を組合せることにより
二本のレーザビームを交差させるように構成して
もよい。
第１図は従来の粒子径・速度同時測定装置の原
理図、第２図はそのレーザビームの交差領域を示
す拡大図、第３図ａ，ｂ，ｃは夫々その出力信号
を示す波形図、第４図は第１発明による粒子径・
速度同時測定装置の一実施例を示す構成図、第５
図はそのレーザビームの交差領域を示す拡大図、
第６図ａ，ｂ，ｃは夫々その出力信号を示す波形
図、第７図は第２発明による粒子径・速度同時測
定装置の一実施例を示す構成図である。 １，２，１７，１８，２０，４４，４５，４６
……レーザビーム、３，１９……収束レンズ、
４，２３……集光レンズ、５，２５，２６……光
電変換器、１０，４０……レーザ発振器、１３…
…ビームスプリツタ、２２……レンズ、２４……
カラースプリツタ、２９……周波数測定器、３０
……信号処理回路、３２……振幅測定器、４７…
…偏光面回転器、４８……偏光ビームスプリツ
タ。
理図、第２図はそのレーザビームの交差領域を示
す拡大図、第３図ａ，ｂ，ｃは夫々その出力信号
を示す波形図、第４図は第１発明による粒子径・
速度同時測定装置の一実施例を示す構成図、第５
図はそのレーザビームの交差領域を示す拡大図、
第６図ａ，ｂ，ｃは夫々その出力信号を示す波形
図、第７図は第２発明による粒子径・速度同時測
定装置の一実施例を示す構成図である。 １，２，１７，１８，２０，４４，４５，４６
……レーザビーム、３，１９……収束レンズ、
４，２３……集光レンズ、５，２５，２６……光
電変換器、１０，４０……レーザ発振器、１３…
…ビームスプリツタ、２２……レンズ、２４……
カラースプリツタ、２９……周波数測定器、３０
……信号処理回路、３２……振幅測定器、４７…
…偏光面回転器、４８……偏光ビームスプリツ
タ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１の波長を有するレーザ光と、前記第１の
波長と異なつた波長を有する第２の光とを夫々発
生する光源と、 前記光源の前記第１の波長を有するレーザ光を
第１、第２のレーザビームに分離するビームスプ
リツタと、 前記ビームスプリツタより得られる第１、第２
のレーザビームを一点で交差せしめる第１の光学
手段と、 前記光源の第２の光の光束径を拡大し、前記第
１、第２のレーザビームの交差領域を貫通せしめ
るように前記光源の第２の光を導く第２の光学手
段と、 前記第１、第２のレーザビームの交差領域を通
過する粒子によつて発生する散乱光をその波長の
相違に基づいて分離するカラースプリツタと、 前記カラースプリツタより得られる第１の波長
の光及び第１の波長と異なる波長の光を夫々その
強度に対応する電気信号に変換する第１、第２の
光電変換器と、 前記第１の光電変換器より得られるバースト信
号の周波数を測定して粒子の速度信号とする周波
数測定器と、 前記第２の光電変換器より得られる信号につい
て、前記バースト信号発生中の振幅値を測定して
粒子の粒径信号とする振幅測定器と、を具備する
ことを特徴とする粒子径・速度同時測定装置。 ２ 前記第１の光学手段は前記第１、第２のレー
ザビームを収束する収束レンズであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の粒子径・速度
同時測定装置。 ３ 前記光源の第２の光は第１の波長と異なる第
２の波長のレーザ光であり、 前記光源は第１、第２の波長のレーザ光を発生
させるレーザ光源と、該レーザ光源のレーザ光を
その波長の相違に基づいて分離する分離手段と、
を含むものであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の粒子径・速度同時測定装置。 ４ 第１、第２のレーザ光を発生するレーザ光源
と、 前記第１のレーザ光を第１、第２のレーザビー
ムに分離するビームスプリツタと、 前記ビームスプリツタより得られる第１、第２
のレーザビームを一点で交差せしめる第１の光学
手段と、 前記第２のレーザ光の偏光面を前記第１、第２
のレーザビームの第１の偏光面とは異なつた第２
の偏光面とすると共に、前記第２のレーザ光の光
束径を拡大し、前記第１、第２のレーザビームの
交差領域を貫通せしめるように該レーザ光を導く
第２の光学手段と、 前記第１、第２のレーザビームの交差領域を通
過する粒子より生じる散乱光をその偏光面の相違
に基づいて分離する偏光ビームスプリツタと、 前記偏光ビームスプリツタより得られる第１、
第２の偏光面の光を夫々その強度に対応する電気
信号に交換する第１、第２の光電変換器と、 前記第１の光電変換器より得られるバースト信
号の周波数を測定して粒子の速度信号とする周波
数測定器と、 前記第２の光電変換器より得られる信号につい
て、前記バースト信号発生中の振幅値を測定して
粒子の粒径信号とする振幅測定器と、を具備する
ことを特徴とする粒子径・速度同時測定装置。 ５ 前記レーザ光源は単一色のレーザ発振器を含
むものであり、そのレーザ光を分離することによ
つて前記第１、第２のレーザ光を発生せしめるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の粒子
径・速度同時測定装置。 ６ 前記第１の光学手段は前記第１、第２のレー
ザビームを収束する収束レンズであることを特徴
とする特許請求の範囲第４項記載の粒子径・速度
同時測定装置。 ７ 前記第２の光学手段は前記第２のレーザ光の
偏光面を回転する偏光面回転器と、光束径を拡大
するレンズとを含むものであることを特徴とする
特許請求の範囲第４項記載の粒子径・速度同時測
定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3540882A JPS58153107A (ja) | 1982-03-06 | 1982-03-06 | 粒子径・速度同時測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3540882A JPS58153107A (ja) | 1982-03-06 | 1982-03-06 | 粒子径・速度同時測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58153107A JPS58153107A (ja) | 1983-09-12 |
| JPS6325285B2 true JPS6325285B2 (ja) | 1988-05-25 |
Family
ID=12441057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3540882A Granted JPS58153107A (ja) | 1982-03-06 | 1982-03-06 | 粒子径・速度同時測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58153107A (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2688308B1 (fr) * | 1992-03-04 | 1994-05-27 | Cilas | Granulometre a laser. |
| GB9818351D0 (en) * | 1998-08-22 | 1998-10-14 | Malvern Instr Ltd | Improvements relating to the measurement of particle size distribution |
| EP2260281B1 (en) | 2008-03-31 | 2017-05-03 | Vestas Wind Systems A/S | Optical transmission strain sensor for wind turbines |
| GB2461532A (en) | 2008-07-01 | 2010-01-06 | Vestas Wind Sys As | Sensor system and method for detecting deformation in a wind turbine component |
| GB2461566A (en) | 2008-07-03 | 2010-01-06 | Vestas Wind Sys As | Embedded fibre optic sensor for mounting on wind turbine components and method of producing the same. |
| GB2463696A (en) | 2008-09-22 | 2010-03-24 | Vestas Wind Sys As | Edge-wise bending insensitive strain sensor system |
| GB2466433B (en) | 2008-12-16 | 2011-05-25 | Vestas Wind Sys As | Turbulence sensor and blade condition sensor system |
| GB2472437A (en) | 2009-08-06 | 2011-02-09 | Vestas Wind Sys As | Wind turbine rotor blade control based on detecting turbulence |
| GB2477529A (en) | 2010-02-04 | 2011-08-10 | Vestas Wind Sys As | A wind turbine optical wind sensor for determining wind speed and direction |
-
1982
- 1982-03-06 JP JP3540882A patent/JPS58153107A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58153107A (ja) | 1983-09-12 |
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